Kılıç Arslan'ın ölümüyle Anadolu Selçuklu Devleti'nin egemenliği sarsıldı. Anadolu'da üstünlüğü Danişmentliler ele geçirdi. Anadolu Selçuklu tahtı bir süre boş kaldıktan sonra, I. Kılıç Arslan'ın oğlu Şahin Şah 1110'da başa geçti. Ama kardeşi Rükneddin Mesud onun sultanlığını tanımadı ve Danişmendlilerin desteğiyle iktidarı ele geçirdi. I. Rükneddin Mesud, bir süre Danişmendlilerin denetimi altında kaldı. 1142'de Danişmendli Mehmed Bey'in ölümünün ardından Anadolu Selçuklularının Anadolu'daki üstünlüğünü yeniden kurdu. Bizans ordusunu 1146'da Konya önlerinde yendi. Ertesi yıl II. Haçlı ordusunu Eskişehir yakınlarında bozguna uğrattı.
I. Rükneddin Mesud, geleneğe uyarak ülkesini üç oğlu arasında paylaştırdı ve II. Kılıç Arslan'ı veliaht ilan etti. I. Rükneddin Mesud'un 1155'te ölmesinin ardından oğulları arasında taht kavgaları başladı. Bu sırada Danişmendliler, Bizanslılar, Musul Atabeyi Nureddin Mahmud Zengi ve Ermeni Derebeyi Toros birleşerek Anadolu Selçuklu Devleti'ne karşı harekete geçtiler. II. Kılıç Arslan devleti ayakta tutabilmek için önce Bizans'la barış yapmanın yollarını aradı ve İstanbul'a giderek bir antlaşma yaptı. Daha sonra, kardeşi Şahin Şah ile Danişmendlilerin birleşik ordusunu yendi. 1175'te Danişmendlilerin egemenliğine son verdi.
Bir süre sonra II. Kılıç Arslan ile Bizans arasındaki barış bozuldu. Bunun üzerine Bizanslılar büyük bir orduyla Anadolu içlerine girdi. II. Kılıç Arslan 1176'da Sandıklı ile Dinar'ın doğusunda, Miryakefalon Savaşı'nda Bizans ordusunu pusuya düşürdü ve ağır bir yenilgiye uğrattı. Bu, Türklerin Anadolu'da Bizans karşısında Malazgirt'ten sonraki en büyük zaferdi. Bu yenilginin ardından Bizans, Türkleri Anadolu'dan çıkarma umudunu tümüyle yitirdi.
II. Kılıç Arslan 1186'da ülkesini 11 oğlu arasında paylaştırdı. Ne var ki, daha kendisi hayattayken oğulları arasında veliahtlık mücadelesi başladı. 1192'de II. Kılıç Arslan'ın ölümünden sonra oğullarından I. Gıyaseddin Keyhüsrev tahta çıktı. Ama 1196'da tahtını ağabeyi II. Süleyman Şah'a bırakmak zorunda kaldı. II. Süleyman Şah, Erzurum'u alarak Saltuklular'ın varlığına son verdi. 1204'te öldüğünde Anadolu Selçuklu Devleti'ni yeniden eski gücüne ulaştırmıştı.
I. Gıyaseddin Keyhüsrev 1211'de öldü ve yerine büyük oğlu I. İzzeddin Keykavus tahta çıktı. Önce kendisine karşı ayaklanan kardeşi Alaeddin Keykubad'ı etkisiz hale getiren I. İzzeddin Keykavus, böylece iktidarını sağlamlaştırdıktan sonra bütün dikkatini Anadolu'da ticaretin canlandırılmasına verdi. Kıbrıs Krallığı'yla bir anlaşma yaparak iki ülke arasındaki ticareti serbest hale getirdi. Kuzey ticaret yolunu açmak için Sinop'u Trabzon İmparatorluğu'ndan aldı. Daha sonra, güney ticaret yolunu engelleyen Ermeni derebeyinin üzerine yürüdü ve Ermenileri yenerek Suriye ticaret yolunu açtı. Böylece Anadolu, ticaret kervanlarının merkezi durumuna geld
Alaeddin Keykubad 1237'de ölünce yerine oğlu II. Gıyaseddin Keyhüsrev tahta çıktı. Ama devletin yönetimi fiilen vezir Sadeddin Köpek'in elindeydi. Moğolların önünden kaçarak Anadolu'ya sığınan göçebe Türkmenler Anadolu Selçuklu ülkesini tam bir kargaşaya sürükledi. Anadolu Selçuklu yönetimi bu kargaşayı önlemek için sert önlemlere başvurunca, Anadolu Selçuklu tarihinin en büyük ayaklanması patlak verdi. Baba İshak'ın önderliğindeki ayaklanmacılar başkent Konya üzerine yürüyünce II. Gıyaseddin Keyhüsrev kenti terk etmek zorunda kaldı. Ama sonunda, 1240'ta ayaklanma kanlı biçimde bastırıldı.
Baba İshak ayaklanmasının Anadolu Selçuklu Devleti'ni iyice zayıflattığını gören Moğollar, “fırsat bu fırsat” deyip Anadolu'yu işgal etmeye karar verdiler. Moğol orduları Doğu Anadolu'ya girerek önce Erzurum'u işgal ettiler. Daha sonra, Selçuklu ordusu ve Moğol ordusu Sivas'ın doğusundaki Kösedağ'da karşı karşıya geldiler. II. Gıyaseddin Keyhüsrev'in komutasındaki Selçuklu ordusu, sayıca fazla olmasına rağmen, yanlış savaş taktikleri yüzünden ağır bir yenilgi aldı.